محلل الكتلة رباعي الأقطاب

في مطيافية الكتلة ، يُعد محلل الكتلة الرباعي الأقطاب (أو مرشح الكتلة الرباعي الأقطاب ) نوعًا من محللات الكتلة ، وقد ابتكره في الأصل ^{[ 1 ]} الحائز على جائزة نوبل، فولفغانغ بول، وطالبه هيلموت شتاينفيدل. وكما يوحي الاسم، فهو يتكون من أربعة قضبان أسطوانية متوازية. ^{[ 2 ]} في مطياف الكتلة الرباعي الأقطاب (QMS)، يُمثل الرباعي الأقطاب محلل الكتلة ، وهو المكون المسؤول عن اختيار أيونات العينة بناءً على نسبة كتلتها إلى شحنتها ( m/z ). ويتم فصل الأيونات في الرباعي الأقطاب بناءً على استقرار مساراتها في المجالات الكهربائية المتذبذبة المطبقة على القضبان. ^{[ 2 ]}

يتكون جهاز التحليل الرباعي الأقطاب من أربعة قضبان معدنية متوازية. يتم توصيل كل زوج من القضبان المتقابلة كهربائيًا، ويُطبق جهد تردد راديوي (RF) مع جهد إزاحة تيار مستمر بين كل زوج من القضبان. تتحرك الأيونات عبر الجهاز الرباعي الأقطاب بين القضبان. عند نسبة جهد معينة، لا تصل إلى الكاشف إلا الأيونات ذات نسبة كتلة إلى شحنة محددة؛ أما الأيونات الأخرى فلها مسارات غير مستقرة وتصطدم بالقضبان. يتيح ذلك اختيار أيون ذي نسبة كتلة إلى شحنة معينة، أو يسمح للمشغل بمسح نطاق من قيم m / z عن طريق تغيير الجهد المطبق باستمرار. ^{[ 2 ]} يمكن نمذجة ذلك رياضيًا باستخدام معادلة ماثيو التفاضلية . ^{[ 3 ]}

من الناحية المثالية، تكون القضبان ذات شكل قطع زائد ، إلا أن القضبان الأسطوانية ذات نسبة محددة بين قطر القضيب والمسافة بين القضبان توفر تقريبًا مناسبًا للقطع الزائد، مما يسهل تصنيعها. وتؤثر الاختلافات الطفيفة في هذه النسبة تأثيرًا كبيرًا على الدقة وشكل الذروة. ويختار المصنّعون المختلفون نسبًا مختلفة قليلاً لضبط خصائص التشغيل بدقة بما يتناسب مع متطلبات التطبيق المتوقعة. ومنذ ثمانينيات القرن الماضي، استخدمت شركة MAT ، ولاحقًا شركة Finnigan Instrument Corporation، قضبانًا ذات شكل قطع زائد تم إنتاجها بتفاوت ميكانيكي قدره 0.001 مم، وكانت عملية إنتاجها الدقيقة سرًا محفوظًا جيدًا داخل الشركة. ^{[ 4 ]}

يُعرف جهاز مطياف الكتلة ثلاثي الأقطاب الرباعية بسلسلة خطية من ثلاثة أقطاب رباعية . يعمل القطبان الرباعيان الأول (Q1 ₎ والثالث (Q3 ₎ كمرشحات للكتلة، بينما يُستخدم القطب الرباعي الأوسط (Q2 ₎ كخلية تصادم. هذه الخلية عبارة عن قطب رباعي يعمل بترددات الراديو فقط (بدون ترشيح للكتلة) باستخدام غاز الأرجون أو الهيليوم أو النيتروجين (ضغط ~ _10⁻³ ^تور ، طاقة ~30 إلكترون فولت) لتفكيك أيون أو أيونات أصلية مختارة من Q1 عن طريق التصادم _. تُمرر الشظايا الناتجة إلى Q3 _حيث يمكن ترشيحها أو مسحها بالكامل.

تتيح هذه العملية دراسة الشظايا المفيدة في تحديد البنية باستخدام مطياف الكتلة الترادفي . على سبيل المثال، يمكن ضبط Q1 _على وضع "الترشيح" لأيون دواء ذي كتلة معروفة، والذي يتم تجزئته في q2 _. بعد ذلك، يمكن ضبط رباعي الأقطاب الثالث (Q3 ₎ لمسح نطاق m/z بالكامل ، مما يوفر معلومات حول شدة الشظايا. وبالتالي، يمكن استنتاج بنية الأيون الأصلي.

طُوِّر ترتيب ثلاثة أقطاب رباعية لأول مرة على يد جيم موريسون من جامعة لا تروب في أستراليا لغرض دراسة التفكك الضوئي للأيونات في الطور الغازي. ^{[ 5 ]} طُوِّر أول مطياف كتلة ثلاثي الأقطاب الرباعية في جامعة ولاية ميشيغان على يد كريستي إنكي وطالب الدراسات العليا ريتشارد يوست في أواخر سبعينيات القرن الماضي. ^{[ 6 ]}

يمكن استخدام الأقطاب الرباعية في مطياف الكتلة الهجين . على سبيل المثال، يمكن دمج جهاز قطاعي مع قطب رباعي تصادمي ومحلل كتلة رباعي الأقطاب لتشكيل جهاز هجين. ^{[ 7 ]}

يُعرف جهاز مطياف الكتلة الهجين، الذي يتكون من رباعي أقطاب لاختيار الكتلة ورباعي أقطاب تصادم مع جهاز قياس زمن الطيران كمرحلة ثانية لاختيار الكتلة، باسم مطياف الكتلة رباعي الأقطاب بزمن الطيران (QTOF MS). ^{[ 8 ] [ 9 ]} كما أن تكوينات رباعي الأقطاب-رباعي الأقطاب-زمن الطيران (QqTOF) ممكنة أيضاً، وتُستخدم بشكل خاص في مطيافية الكتلة للببتيدات والبوليمرات البيولوجية الكبيرة الأخرى. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

ابتكر فون زان نوعًا مختلفًا من محلل الكتلة رباعي الأقطاب يُسمى أحادي القطب، يعمل بقطبين كهربائيين ويولد ربع مجال رباعي الأقطاب. ^{[ 12 ]} يتكون من قطب دائري وآخر على شكل حرف V. مع ذلك، فإن أداءه أقل من أداء محلل الكتلة رباعي الأقطاب.

لقد ثبت تحسن أداء محلل الكتلة الرباعي الأقطاب عند تطبيق مجال مغناطيسي عليه. وقد تم الإبلاغ عن تحسينات كبيرة في الدقة والحساسية عند تطبيق مجال مغناطيسي باتجاهات مختلفة على محلل الكتلة الرباعي الأقطاب. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

تتفوق مطيافات الكتلة هذه في التطبيقات التي تُدرس فيها أيونات محددة ذات أهمية، لقدرتها على التركيز على أيون واحد لفترات طويلة. ومن التطبيقات المفيدة في هذا المجال تقنية كروماتوغرافيا السائل-مطياف الكتلة أو كروماتوغرافيا الغاز-مطياف الكتلة، حيث تعمل ككواشف عالية التخصص. تتميز أجهزة رباعية الأقطاب بأسعارها المعقولة، وتُعدّ أجهزة متعددة الأغراض. يُستخدم مطياف كتلة رباعي الأقطاب أحادي مزود بمؤين اصطدام إلكتروني كمحلل مستقل في أجهزة تحليل الغازات المتبقية ، وأجهزة تحليل الغازات في الوقت الحقيقي، وتشخيص البلازما ، وأنظمة تحليل الأسطح بتقنية SIMS .

• رنين السيكلوترون الأيوني بتحويل فورييه
• مغناطيس رباعي الأقطاب
• مبرد شعاع رباعي الأقطاب بترددات الراديو